1-Mavzu: Bioinformatika faniga kirish. Bioinformatika fanining rivojlanish tarixi va bioinformatika fani istiqbollari. Asosiy atamalar va tushunchalar. Reja

4. Bioinformatika fanining tarkibi va asosiy tushunchalari.
Bugungi kunga qadar bioinformatikaga turlicha ta’riflar beriladi, biroq asosan bioinformatika deganda turli biologik axborotlarni tahlil qilishda kompyuterdan foydalanish tushuniladi. Shuningdek «bioinformatika» termini maydoni ham juda kengaydi va biologik obyektlar bilan bog‘liq barcha matematik algoritmlardan hamda biologik tadqiqotlarda qo‘llaniladigan axborot-kommunikatsiya texnologiyalaridan foydalanadi. Bioinformatikada informatikdagi singari amaliy matematik, statistika va boshqa aniq fanlar usullari qo‘llaniladi. Bioinformatika shuningdek biokimyo, biofizika, ekologiya, genetika va qator tabiiy fanlar sohalarida faydalaniladi.
Bioinformatika o‘z ichiga quyidagilarni oladi:
1) qiyosiy genomikada kompyuter tahlilining matematik usullari (genom bioinformatikasi);
2) oqsil strukturalarini bashorat qilish uchun algoritm va dasturlarni ishlab chiqish (strukturaviy bioinformatika);
3) muvofiq hisoblash uslubiyatlari strategiyasi tadqiqoti hamda informatsion murakkablikning biologik tizimlar tomonidan umumiy boshqarilishi.
Amaliy ma’noda bioinformatika – bu biologlar manfaatlari uchun xizmat qiladigan amaliy fandir. Ma’lumotlarni birlamchi tahlil qilish texnik bioinformatika sohasiga tegishlidir. Olingan ma’lumotlarni qaerdadir saqlash va ulardan foydalanish imkoniyatlarini ta’minlash lozim. Bioinformatiklarning eng murakkab va shuning bilan birga eng qiziqarli bo‘lgan mashg‘ulotlari bu genom haqidagi ma’lumotlar asosida aniq tasdiqlangan natijalar olish, ya’ni masalan; A oqsili qandaydir funksiya bajaradi, B geni qaysidir jarayonda qatnashadi va h.o.lar. Bu esa bioinformatika fanining amaliy ahamiyatidan dalolat beradi.
Bioinformatika biologiya sohasining quyidagi yo‘nalishlarida qo‘llaniladi:
– genomika, transkriptomika(Transkriptom atamasi yaqinda paydo bo'lgan. Transkriptomika - bu organizmning mRNK tarkibini o'rganuvchi fan. Umumiy mRNK - bu tirik organizm yoki hujayrada ifodalangan DNK. MRNKning to'liq to'plami transkriptom deb ataladi)
proteomika (Proteomika tirik organizmdagi barcha oqsillarni to'liq o'rganishni o'z ichiga oladi. Bu organizmdagi barcha ifoda etilgan oqsillar to'plami, uning tuzilish va funktsional xususiyatlari sifatida tavsiflanadi. Shunday qilib, oqsillarning to'liq to'plami proteomni hosil qiladi. Transkriptomika - bu tirik organizmda mavjud bo'lgan barcha xabarchi RNK ( mRNK ) molekulalarini to'liq o'rganish. Shunday qilib, transkriptomika tirik organizmda faol ifodalanadigan genlar bilan shug'ullanadi. Tirik organizmdagi mRNKning umumiy to'plami transkriptom deb ataladi. Proteomika va transkriptomika o'rtasidagi asosiy farq biomolekulaning turiga bog'liq. Proteomikada tirik organizmda ifodalangan oqsillarning umumiy to'plami, transkriptomikada esa tirik organizmning umumiy mRNKsi o'rganiladi.);
– rivojlanish biologiyasida kompyuter modellashtirish;
– gen tarmoqlarining kompyuter tahlili;
– populyatsion genetikada modellashtirish.
Bioinformatika dori preparatlarini loyihalashtirish muddatini 5-6 yildan bir necha oylarga qisqartish imkoniyatini yaratib farmakologiya sohasiga ham osongina kirib bordi. Shuningdek bu fan ko‘plab boshqa tibbiyotga va biologiyaga oid fanlar bilan integratsiyalandi.
Bugungi kunda bioinformatikaning quyidagi bo‘limlari mavjud:
– umumiy bioinformatika;
– klinik bioinformatika;
– strukturaviy genomika;
– funksional genomika;
– farmakogenomika;
– klinik proteomika;
– funksional proteomika;
– strukturaviy proteomika.
Bioinformatika usullari yordamida katta hajmdagi biologik ma’lumotlarni shunchaki tahlil qilish emas, balki har doim ham oddiy tajribalarda aniqlab bo‘lmaydigan qonuniyatlarni isbotlash, genlar va ular kodlaydigan oqsillar funksiyalarini bashorat qilish, hujayradagi genlarning o‘zaro ta’siri modelini qurish, dori preparatlarini yaratish mumkin. Phi-X 174 fagining 1977 yilda sekvenirlanganidan buyon ko‘plab organizmlar DNK ketma-ketliklari aniqlandi va ma’lumotlar bazasiga joylashtirildi.1 Bu ma’lumotlar oqsil ketma-ketliklarini va regulyator uchastkalarni aniqlash uchun foydalaniladi. Ma’lumotlar miqdorining ko‘payishi bilan endi ketma-ketliklarni qo‘lda (vruchnuyu) tahlil qilish mumkin bo‘lmay qoldi. Va hozirgi kunda milliardlab juft nukleotidlardan tashkil topgan minglab organizmlar genomlari bo‘yicha qidiruvlar olib borish uchun kompyuter dasturlaridan foydalaniladi.Yirik genomlar uchun DNK fragmentlarini yig‘ish yetarli darajada qiyin vazifalardan hisoblanadi. Bu usul hozirda qariyb barcha genomlar uchun qo‘llaniladi va genomlarni yig‘ish algoritmlari bioinformatika sohasida bugungi kunning dolzarb muammolaridan biri sanaladi. Genomda genlarni va regulyator elementlarni avtomatik tarzda qidirish genetik ketma-ketliklarga kompyuter tahlilini qo‘llashda yana bir misol bo‘la oladi. Genomika kontekstida anotatsiya – bu DNK ketma-ketligida genlarni va boshqa ob’ektlarni markirovkalash (nishonlash) jarayonidir. Genomlar annotatsii birinchi dasturiy tizimi Ouen Uayt (Owen White) tomonidan 1955 yildayoq yaratilgan edi. Evolyusion biologiya turlarning kelib chiqish va paydo bo‘lishini, ularning davrlar bo‘yicha rivojlanishini o‘rganadi. Informatika evolyusiyani o‘rganuvchi biologlarga bir necha jihatlarda yordam beradi:
1) barcha DNKadagi o‘zgarishlarni o‘rgangan holda ko‘p sonli organizmlar evolyusiyalarini tadqiq qilishda;
2) yanada kompleks evolyusion hodisalarni o‘rganish imkonini beruvchi genomlarni bir-biriga taqqoslashda;
3) populyatsiyalar kompyuter modellarini qurishda;
4) ko‘p miqdordagi turlar haqida ma’lumotni o‘z ichiga oluvchi nashrlarni kuzatib borishda.
Ekotizimning biologik xilma-xilliklari go‘yoki bu bir tomchi suv yoki bir hovuch tuproq, yoki Yer sayyorasining barcha biosferasi kabi barcha tirik turlardan iborat bo‘lgan ma’lum bir muhitning to‘la genetik yig‘indisi sifatida aniqlanishi mumkin. Ixtisoslashtirilgan dasturiy ta’minot mahsulotlari qidirish, vizualizatsiya qilish, axborotni tahlil qilish va eng muhimi, natijalarni boshqa tadqiqotchilar bilan bo‘lishda foydalaniladi.
Hozirgi zamon ilmiy biologik adabiyotida bioinformatika bilan birgalikda “hisoblash biologiyasi” iborasi ham uchrab turadi. Hisoblash biologiyasi – bu fan sohasi emas, balki biologik jarayonlarni o‘rganish uchun kompyuterlardan foydalanishga uslubiy yondashuv hisoblanadi. Garchi “hisoblash biologiyasi” ko‘proq algoritmlar va aniq hisoblash usullarini ishlab chiqishlar bilan shug‘ullansada hozircha “bioinformatika” va “hisoblash biologiyasi” iboralaridan tez-tez ma’nodosh (sinonim) so‘zlar sifatida foydalanilmoqda. Hisoblash biologiyasida foydalaniladigan barcha usullar ya’ni, masalan, garchi biologik vazifalar bilan bog‘liq bo‘lsada matematik modellashtirish – bu bioinformatika hisoblanmaydi. Bundan tashqari matematik biologiya ham mavjud bo‘lib, u ham bioinformatika singari biologik muammolarni yechishda ishlatiladi, biroq unda qo‘llaniladigan usullar natijasi son bilan ifodalanmaydi va ularni amalga oshirishda dasturiy va jihoz ta’minoti talab etilmaydi. Oqsillar fazoviy tuzilmalarini bashorat qilishda ishlatiladigan algoritm va dasturlar ishlab chiqish bilan shug‘ullanuvchi srukturaviy bioinformatika boshqalaridan ajralib turadi.1 Shunday qilib bioinformatika ham anatomiya, botanika, virusologiya, mikrobiologiya, sitologiya, paleontologiya, fiziologiya va boshq. kabi biologiya bo‘limlari qatoriga qo‘shilmoqda.
Nazorat savollari:
1.
Bioinformatika qanday fan?
2.
Bioinformatika fani dastlab qachon paydo bo’lgan?
3.
Bioinformatika fani qanday sohalarni o’z ichiga oladi?
4.
Bioinformatika fanining asosini nimalar tashkil etadi?
5.
Bioinformatika va informatikaning o’zaro bog’liqligini izohlang.

http://fayllar.org